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1、第三节 焊条电弧焊,一、概述,二、焊条电弧焊电弧的特性,三、焊条电弧焊基础,四、焊接工艺参数,五、焊条电弧焊常见缺陷及防止措施,一、概述,工作原理：手工电弧焊是最常用的熔焊方法之一。在焊条末端和工件之间燃烧的电弧所产生的高温使药皮、焊芯及工件熔化，药皮熔化过程中产生的气体和熔渣，使熔池和电弧周围的空气隔绝，同时和熔化了的焊芯、母材发生一系列冶金反应，使熔池金属冷却结晶后形成符合要求的焊缝,二、焊条电弧焊电弧的特性,电弧的静特性和温度分布：焊条电弧焊的静特性处于水平段，在水平段区间，弧长基本不变时，若在一定范围内改变电流值，电弧电压几乎不变，因而焊接电流在一定范围内变化时，电弧均能稳定燃烧。焊接
2、钢材时，阴极温度可达2400C，阳极约2600C，电弧温度可达60007000C，对于交流电弧，由于两极极性不断变化，故两电极平均温度相等，而直流电弧正极的温度比负极提高约200C,电弧偏吹及其危害：因气流干扰、磁场作用或焊条偏心等影响而使电弧中心偏离电极轴线的现象称为磁偏吹。电弧偏吹使温度分布不均匀，容易产生咬边、未熔合、夹渣等缺陷，故必须研究引起电弧磁偏吹的原因及预防措施。产生磁偏吹的原因：焊条药皮偏心 ；气流的影响 ；风的影响。在风的作用下，电弧向风吹的方向倾斜；接地线位置不适当引起的偏吹,磁偏吹的防治措施：发现焊条出现“马蹄形”，当“马蹄形”不大时，可转动焊条改变偏吹方向调整焊缝成形；
3、若“马蹄形”较大，则更换焊条。改变工件上的接线位置，地线接工件中间较好。焊T形接头或具有不对称铁磁物质的焊件时，可适当改变焊条角度来削弱立板的影响。两头焊接时，改变焊条角度或增加引弧板。避免在有风的地方焊接或用防护板挡风,焊接试板、引弧板、引出板在焊件上的安装位置1引弧板；2焊件；3焊接试板；4引出板,重要的结构往往需增加引弧板,三、焊条电弧焊基础,1、基本焊接电路：由交流或直流弧焊、焊钳、电缆、焊条、电弧工件及地线组成。交流电源焊接不考虑极性接法。直流电源焊接时需考虑正接和反接,2、弧焊电源的选择：要求电源具有陡降外特性、良好的动特性和合适的电流调节范围。选择电源时应主要考虑：所要求的焊接电
4、流种类；所要求的电流范围；弧焊电源的功率；工作条件和节能要求等。低氢型焊条必须选用直流弧焊电源，以保证电弧稳定燃烧；酸性焊条交直流电源均可，但一般选用结构简单价格较低的交流弧焊电源,常用焊条电弧焊机,目前，我国焊条电弧焊机有三大类： 弧焊变压器 直流弧焊发电机 弧焊整流器,电焊钳,面罩和护目镜,焊条保温筒,焊缝接头尺寸检测器,敲渣锤 用来清除焊渣的一种尖锤，可以提高清渣效率。钢丝刷 用来清除焊件表面的铁锈、油污等氧化物。气动打渣工具及高速角向砂轮机 用于焊后清渣、焊缝修整及坡口准备。,3、焊条的选择：由焊芯和药皮组成（如图）。焊芯既作电极产生电弧，又作为填充金属与熔化了的母材混合形成焊缝。用于
5、焊芯的焊丝分为低碳钢、低合金结构钢和不锈钢三类。焊条药皮是由各种原料按照一定配比混合后压涂在焊芯表面的一层涂料,药皮的作用：1)机械保护作用。 2)冶金处理作用。通过熔渣和铁合金进行脱氧、去硫、去磷、去氢和渗合金等焊接冶金反应，可去除有害元素，增添有用元素，使焊缝具备良好的力学性能。3)改善焊接工艺性能。药皮可保证电弧容易引燃并稳定地连续燃烧；同时减少飞溅，改善熔滴过渡和焊缝成形等。4)渗合金。焊条药皮中含有合金元素熔化后过渡到熔池中，可改善焊缝金属的性能,1）焊芯的分类：焊芯钢牌号一律用汉语拼音字母H做字首，其后紧跟钢号，表示方法与优质碳素结构钢、合金钢相同。若钢号末尾注有高字（或字母A），
6、为高级优质焊条钢，含硫、磷量较低若末尾注有“特”字（或字母E），为特级焊条钢，含硫、磷更低,举例如下：H08低碳钢焊芯，含碳量约0.08，含硫、磷均小于0.04 H08A高级低碳钢焊芯，含碳约0.08，含硫、磷均小于0.03H1Crl 9NITi一铬镍钛不锈钢焊条钢焊芯,2）焊条的分类及酸性焊条与碱性焊条的对比,3）焊条型号：焊条型号指的是国家规定的各类标准焊条。它是以焊条国家标准为依据，反映焊条主要特性的一种表示方法。型号应包括：焊条、焊条类别、焊条特点 ( 如熔敷金属抗拉强度、使用温度、焊芯金属类型、熔敷金属化学组成类型等 )、药皮类型及焊接电源。不同类型的焊条，型号表示方法不同。具体的表
7、示方法和表达的意义可见下表,4）焊条的选用原则：选用焊条一般应考虑以下原则,(1) 焊接材料的力学性能和化学成分 对于普通结构钢，应选用抗拉强度等于或稍高于母材的焊条 对于合金结构钢，要求焊缝主要合金成分与母材相同或相近 在被焊结构刚性大、接头应力高、焊缝容易产生裂纹的情况 下，可考虑选用比母材强度低一级的焊条 当母材中 C 及 S 、P 等元素含量偏高时，焊缝易产生裂纹，应选用抗裂性能好的低氢型焊条。(2) 焊件的使用性能和工作条件对承受动载荷和冲击载荷的焊件，除满足强度外，还要保证焊缝有较高的韧性和塑性，应选用塑韧性指标较高的低氢型焊条 接触腐蚀介质的焊件，应根据介质的性质及腐蚀特征，选用
8、相应的不锈钢焊条或其他耐腐蚀焊条。 在高温或低温条件下工作的焊件，应选用耐热钢或低温钢条,(3) 焊件的结构特点和受力状态 对结构复杂、刚性大及大厚度焊件，由于焊接过程中产生很大应力，容易使焊缝产生裂纹，应选用抗裂性能好的低氢型焊条 对焊接部位难以清理的焊件，应选用氧化性强，对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条 对受条件限制不能翻转的焊件，有些焊缝处于非平焊位置，应选用全位置焊接的焊条(4) 施工条件及设备 在没有直流电源，而焊接结构又要求必须使用低氢型焊条的场合，应选用交、直流两用低氢型焊条 在狭小或通风条件差的场所，应选用酸性焊条或低尘焊条,(5) 改善操作工艺性能 产品性能要求的条件下，
9、尽量选用电弧稳定，飞溅少，焊缝成形均匀整齐，容易脱渣的工艺性能好的酸性焊条 焊条工艺性能要满足施焊操作需要。如在非水平位置施焊时 应选用适于各种位置焊接的焊条。如在向下立焊、管道焊接、 底层焊接、盖面焊、重力焊时，可选用相应的专用焊条(6) 合理的经济效益 在满足使用性能和操作工艺性的条件下，尽量选用成本低、效率高的焊条 对于焊接工作量大的结构，应尽量采用高效率焊条，如铁粉焊条、高效率不锈钢焊条及重力焊条等，以提高焊接生产率,4、接头形式和焊接位置：焊条电弧焊常用的接头形式有对接、搭接、角接和T形接。选择接头形式时，主要根据产品的结构，并综合考虑受力条件、加工成本等因素。对接与搭接相比，具有受
10、力简单均匀、节省金属等优点，故应用最多。但对接接头对下料尺寸和组装要求比较严格。常见接头形式如下：,5、坡口形式：根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状，经装配后构成的沟槽称为坡口。利用机械 ( 剪切、刨削或车削 ) 、火焰或电弧(碳弧气刨)等加工坡口的过程称为开坡口开坡口使电弧能深入坡口底层，保证底层焊透，便于清渣，获较好的焊缝成形，还能调节焊缝金属中母材和填充金属的比例,四、焊接工艺参数,1、焊条直径：一般是根据焊件厚度、焊接位置、接头形式、焊接层数等进行选择的。厚度较大的焊件，搭接和 T 形接头的焊缝应选用直径较大的焊条。对于小坡口焊件，为了保证底层的熔透，宜采用较细直径
11、的焊条。不同焊接位置，选用焊条直径不同，平焊时焊条较粗，横、立、仰焊时稍细。通常根据工件厚度选择，对于重要结构根据焊接电流范围 ( 根据热输入确定 )选择,焊接工艺参数：焊接工艺参数是指焊接时，为保证焊接质量而选定的多个物理量 ( 如：焊接电流、电弧电压、焊接速度、热输入等 ) 的总称。焊条电弧焊的焊接工艺参数主要包括焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度和预热温度等,2、焊接电流：焊接电流是焊条电弧焊的主要工艺参数,焊接电流越大，熔深越大，焊条熔化快，焊接效率也高，但焊接电流太大时，飞溅和烟雾大，焊条尾部易发红，部分涂层要失效或崩落，且易产生咬边、焊瘤、烧穿等缺陷，增大焊件变形，还会使接头热
12、影响区晶粒粗大，焊接接头的韧性降低；焊接电流太小，则引弧困难，焊条容易粘连在工件上，电弧不稳定，易产生未焊透、未熔合、气孔和夹渣等缺陷，且生产率低,选择焊接电流时，应根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊缝位置及焊接层数来综合考虑。在保证焊接质量的前提下，尽量采用较大的电流，以提高生产效率。板较厚的，T 形接头和搭接头，在施焊环境温度低时，由于导热较快，所以焊接电流要大一些。但主要考虑焊条直径、焊接位置和焊道层次等因素,1）考虑焊条直径：焊条直径越粗，熔化焊条所需的热量越大，必须增大焊接电流下表是常用直径焊条合适的焊接电流参考值,2）考虑焊接位置：平焊位置焊接可选择偏大些的电流，非平焊
13、位置，为了易于控制焊缝成形，焊接电流比平焊位置小 1020,3）考虑焊接层次：打底焊时，为保证背面焊道质量，使用的焊接电流较小；填充焊道时，为提高效率，保证熔合好，使用较大的电流；盖面焊时，防止咬边和保证焊道成形，使用的电流稍小些,对于碳钢焊条,对质量要求较高的焊缝，每层厚度最好不大于45mm。 焊接层数主要根据焊件厚度、焊条直径、坡口形式和装配间隙等来确定，可作如下近估算： n / d 式中： n为焊接层数； 为焊件厚度(mm)； d为焊条直径(mm)。,3、电弧电压：焊接电流调以后，焊机的外特性曲线就决定了。而电弧电压主要由弧长来决定。电弧长，弧压高，反之则低。焊接过程中电弧不宜过长，否则
14、会出现电弧燃烧不稳定、飞溅大、熔深浅及产生咬边、气孔等缺陷。若电弧太短，容易粘焊条。一般弧度等于焊条直径的0.51倍为好，相应弧压为1625V。碱性焊条的电弧长度不超过焊条的直径，为焊条直径的一半较好，尽可能地选择短弧焊；酸性焊条的电弧长度应等于焊条直径,4、焊接速度：焊条电弧焊的焊接速度是指焊接过程中，焊条沿焊接方向移动的速度，即单位时间内完成的焊缝长度。焊接速度过快会造成焊缝变窄，严重凸凹不平，容易产生咬边及焊缝波形变尖；焊速过慢会使焊缝变宽，余高增加，功效降低。焊接速度还直接决定着热输入量的大小，一般根据钢材的淬硬倾向来选择,5、焊接层数：厚板焊接一般要开坡口并采用多层焊或多层多道焊。多
15、层焊和多层多道焊接头的显微组织较细，热影响区较窄。前条焊道对后条焊道起预热作用，而后一条焊道对前一条焊道起热处理作用。因此，接头的延性和韧性都比较好。特别是对于易淬火钢，后焊道对前焊道的回火作用，可改善接头组织和性能,6、焊接热输入：熔焊时,由焊接能源输入给单位长度焊缝上的热量称为热输入。其计算公式如下,低碳钢焊条电弧焊一般不规定热输入。对于低合金钢和不锈钢等钢种，热输入太大会导致接头性能降低；热输入太小时，有的钢种焊接时可能产生裂纹。焊接电流和热输入规定后，焊条电弧焊的电弧电压和焊接速度就间接地大致确定了。 一般要通过试验来确定既可不产生焊接裂纹、又能保证接头性能合格的热输入范围,7、预热温
16、度：预热是焊接开始前对被焊工件的全部或局部进行适当加热的工艺措施。预热可以减小接头焊后冷却速度，避免产生淬硬组织，减小焊接应力及变形。它是防止焊缝产生裂纹的有效措施。对于刚性不大的低碳钢和强度级别较低的低合金高强钢的一般结构，一般不必预热。但对刚性大的或焊接性差的容易产生裂纹的结构，焊前需要预热,预热温度根据母材的化学成分、焊件的性能、厚度、焊接接头的拘束程度和施焊环境温度以及有关产品的技术标准等条件综合考虑。对于重要的结构，要经过裂纹试验确定不产生裂纹的最低预热温度。预热温度选得越高，防止裂纹产生的效果越好；但超过必需的预热温度，会使熔合区附近的金属晶粒粗化，降低焊接接头质量，劳动条件也将会更加恶化。整体预热通常用各种炉子加热。局部预热一般采用气体火焰加热或红外线加热。预热温度常用表面温度计测量,
